(57)【要約】  ディスプレイを形成するために使用されるトップエミッション型ＯＬＥＤからの改善された光取り出し用装置および方法が、発光装置（６０）アレイを含み、各発光装置がＯＬＥＤ（３２）、ならびに屈折率整合層（７０）およびテーパー状反射器（５１）を含む光取り出し装置（６４）を有する。テーパー状反射器（５１）は逆角錐台の形状を有し、狭い端部（５８）が屈折率整合層（７０）を介してＯＬＥＤ（３２）とインターフェースする。ＯＬＥＤからの光は、テーパー状反射器（５１）内でテーパー状反射器の側面（５６）で内部全反射を受け、テーパー状反射器（５１）の上面（５４）に向けられる。この光は、上面（５４）のエスケープコーン（５９）内に収まるので、上面（５４）から出る。ＯＬＥＤディスプレイ（３０）は、ＯＬＥＤ（３２）アレイを支持する基板を有し、ＯＬＥＤに対し動作可能に配列されたテーパー状反射器（５１）アレイおよびテーパー状反射器アレイの上にあるカプセル化層（１００）もまた含む。
2019519814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を有しそれを介して光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）用光取り出し装置であって、
屈折率ｎｐ、少なくとも１つの側面、上面、および底面を備え、該上面が該底面より大きいテーパー状反射器と、
該ＯＬＥＤの該上面と該テーパー状反射器の該底面との間に配置され、該テーパー状反射器の屈折率ｎｐより大きい、または等しい屈折率ｎＩＭを備える屈折率整合層とを備え、
該ＯＬＥＤの該上面から発する光が、該屈折率整合層を通り該テーパー状反射器に入り、
該テーパー状反射器の該少なくとも１つの側面が、該光が、内部全反射により、該テーパー状反射器のエスケープコーンに入り該テーパー状反射器の上面から出るように向きを変えるように構成された斜面を有する、光取り出し装置。
【請求項２】
前記テーパー状反射器が、切頭角錐台の形状を有する、請求項１記載の光取り出し装置。
【請求項３】
前記装置が５０％より大きい光取り出し効率を有する、請求項１記載の光取り出し装置。
【請求項４】
前記テーパー状反射器の前記底面で該テーパー状反射器に埋め込まれる、屈折率ｎＭがｎｐより大きい、少なくとも１つのマイクロレンズをさらに含む、請求項１記載の光取り出し装置。
【請求項５】
前記テーパー状反射器の前記上面に隣接して配置されるコリメーションレンズをさらに含む、請求項１記載の光取り出し装置。
【請求項６】
前記ＯＬＥＤが上面を有し、前記テーパー状反射器の前記底面が該ＯＬＥＤの該上面のサイズの少なくとも９０％であるサイズを有する、請求項１記載の光取り出し装置。
【請求項７】
請求項１記載の光取り出し装置のアレイ、
前記ＯＬＥＤアレイを支持する支持基板であって、該ＯＬＥＤが間隔を空け、それぞれの該光取り出し装置に対し動作可能に配列される支持基板、および
前記テーパー状反射器の前記上面に隣接して存在する前記カプセル化層を備え、
各テーパー状反射器の各上面が外端を含み、
隣接するテーパー状反射器の外端が互いにすぐ隣接して存在し、
該上面が前記カプセル化層の下面に接する、ＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項８】
面を有する支持基板、
該支持基板面に周期的に配列され、各ＯＬＥＤが光を発する上面を備えるＯＬＥＤアレイ、
各テーパー状反射器が少なくとも１つの側面、上面、および底面を備え、該上面は該底面より大きく、各テーパー状反射器の該底面が該ＯＬＥＤアレイの対応する一つに光学的に結合し、少なくとも１つの該側面は、対応する該ＯＬＥＤから、該テーパー状反射器に該底面から入る光を完全に内部に反射し、該光を該テーパー状反射器の該上面を通る向きにするように構成された斜面を備えるテーパー状反射器アレイ、ならびに
該テーパー状反射器の該上面から出る該光を伝えるための、該テーパー状反射器アレイの該上面の上に配置されたカプセル化層を備える、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ。
【請求項９】
前記テーパー状反射器アレイおよび前記カプセル化層が、モノリシック構造として単一の材料で形成される、請求項８記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１０】
前記テーパー状反射器アレイが前記カプセル化層上に配置した超微細複製樹脂を備える、請求項８記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【請求項１１】
前記テーパー状反射器の屈折率ｎＰが１．６から１．８の範囲にある、請求項８記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年６月３日に出願された米国特許出願第６２／３４５２０１号に優先権の恩恵を主張するものであり、その内容の全体を本明細書に参照として組み入れる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）に関するものであり、詳細にはＯＬＥＤディスプレイならびにＯＬＥＤディスプレイからの光取り出し装置および方法に関するものであり、光取り出し装置および方法を利用するＯＬＥＤディスプレイを含む。
【背景技術】
【０００３】
ＯＬＥＤは、典型的に基板、第１の電極、１つまたは複数のＯＬＥＤ発光層および第２の電極を含む。ＯＬＥＤはトップエミッション型またはボトムエミッション型であり得る。トップエミッション型ＯＬＥＤは、基板、第１の電極、１つまたは複数のＯＬＥＤ層を有するＯＬＥＤ構造および第２の透明電極を含む。ＯＬＥＤ構造の１つまたは複数のＯＬＥＤ層は発光層を含み、また電子注入層および正孔注入層ならびに電子輸送層および正孔輸送層を含み得る。
【０００４】
薄いバリア層が典型的に第２電極の上に存在する。バリア層は、酸素および水からの汚染からＯＬＥＤ層を保護するのに役立つ。バリア層は典型的に、例えば、屈折率２．０３を有する窒化ケイ素などの高屈折率材料で作られる。ＯＬＥＤ構造は、典型的に１．７から１．８の範囲の屈折率を有するので、ＯＬＥＤ構造が発する光は、バリア層の上部境界（外面）で内部全反射（ＴＩＲ）により閉じ込められる。このＴＩＲは、バリア層の上面に接する材料（典型的に、空気またはガラス）に対する、バリア層の屈折率が大きいため、比較的強い（すなわち、比較的大きい範囲の角度をカバーする）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ディスプレイを形成するために、ＯＬＥＤがディスプレイ基板上に配列され、カプセル化層で覆われる。しかし、カプセル化層とＯＬＥＤとの間のスペースが固形材料で充填されていても、ＯＬＥＤの上部から発する光は、カプセル化層の上面からＴＩＲを再び受ける。これによりＯＬＥＤディスプレイで使用可能な、ＯＬＥＤが発生させる光の量をさらに減少させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ＯＬＥＤディスプレイのための光取り出し装置および方法を開示する。その装置および方法は、ＯＬＥＤがＯＬＥＤディスプレイのピクセル（例えば、有色ピクセル、またはサブピクセルとも呼ばれる）として役立ち、典型的には間隔を空けて公知のパターンで配列され、ディスプレイ基板の上面の比較的小さい部分のみを占めているという事実を利用する。本明細書に開示される光取り出し装置および方法は、テーパー状反射器アレイを利用するが、それは、テーパー状反射器の面が基板上に支持されているＯＬＥＤと同じサイズおよびスペースを有するように、カプセル化層の一部として、例えば複製により製造され得る。次いで、テーパー状反射器は、接着性を有し得る屈折率整合材を使用して、ＯＬＥＤ基板およびその上のＯＬＥＤの上に配置し得る。一実施例では、テーパー状反射器は、内部全反射（ＴＩＲ）により作動するか、または反射コーティングを有する側面を有する立体プリズムにより定義される。
【０００７】
例示的なテーパー状反射器は、逆角錐台または逆円錐台の形状を有し、角錐台の幅の広い方の端が光を発する上部で、幅の狭い方の端が底部である。底端部（底面）は、ＯＬＥＤの発光面と光学的に結合（すなわち光学的にインターフェース）する。この光学的結合は、光結合効率を最適にするために、屈折率整合材を介することが好ましい。好ましくは、テーパー状反射器材および屈折率整合材の両方が、比較的高い屈折率、例えば、最大ＯＬＥＤの発光層の屈折率を有する。ＯＬＥＤ、屈折率整合材、およびテーパー状反射器の組み合わせが、発光装置を構成する。テーパー状反射器および屈折率整合材（使用する場合）の組み合わせが、光取り出し装置を構成する。
【０００８】
本明細書に開示されたＯＬＥＤディスプレイは、複数の発光装置、または発光装置アレイを備える。発光装置は、またカプセル化層の一部を含み、それを介して光を伝達することもできる。
【０００９】
テーパー状反射器の側壁でのＴＩＲにより、そうでなければテーパー状反射器の上面でエスケープコーンから外れる光線が、角度のある傾斜した側壁により向きを変え、エスケープコーン内に収まり、したがってテーパー状反射器の上面から出力結合することが可能である。結果として、光取り出し効率が、テーパー状反射器を使用していない場合と比較して、少なくとも２５％、または少なくとも５０％、または少なくとも１００％、または少なくとも１５０％、または少なくとも２００％改善される。
【００１０】
ガラスで製造され得るカプセル化層の寸法安定性により、テーパー状反射器は、適正な操作／貯蔵温度の範囲内、例えば０℃から６０℃において、それぞれのＯＬＥＤとのアライメント、およびしっかりとした取り付けを維持する。
【００１１】
本開示の一態様は、上面を有しそれを通り光を発するＯＬＥＤ用光取り出し装置である。装置は、屈折率ｎｐ、少なくとも１つの側面、上面および底面を有し、上面が底面より大きいテーパー状反射器、ＯＬＥＤの上面とテーパー状反射器の底面との間に配置され、テーパー状反射器の屈折率ｎｐと同じ、またはそれより大きい屈折率ｎＩＭを有する屈折率整合層を含み、ならびにＯＬＥＤの上面から発する光が屈折率整合層を通り、テーパー状反射器に入り、かつテーパー状反射器の少なくとも１つの側面が、光が内部全反射によりエスケープコーン内に入り、テーパー状反射器の上面から出るように向きを変えるように構成された斜面を有する。
【００１２】
本開示の別の態様は、上記の光取り出し装置アレイ、ＯＬＥＤが間隔を空け、各光取り出し機器に対し動作可能に配列される、ＯＬＥＤアレイを支持する支持基板、およびテーパー状反射器の上面に隣接して存在するカプセル化層を含む、ＯＬＥＤディスプレイである。
【００１３】
本開示の別の態様は、上記の光取り出し装置およびＯＬＥＤを含む発光装置である。
【００１４】
本開示の別の態様は、上記のＯＬＥＤディスプレイおよびＯＬＥＤディスプレイに電気的に接続された制御電子機器を含む電子機器である。
【００１５】
本開示の別の態様は、面を有する支持基板、支持基板面に周期的に配列され,各ＯＬＥＤが光を発する上面を備えるＯＬＥＤアレイ、各テーパー状反射器が少なくとも１つ側面、上面および底面を備え、上面は底面より大きく、各テーパー状反射器の底面はＯＬＥＤアレイの対応するＯＬＥＤに光学的に結合し、その対応するＯＬＥＤからテーパー状反射器にその底面から入る光を内部全反射させ、その光をテーパー状反射器の上面を通る向きにするように構成された斜面を備えるテーパー状反射器アレイ、ならびにテーパー状反射器の上面から出る光を透過させるために、テーパー状反射器アレイの上面の上に配置されたカプセル化層を含む、ＯＬＥＤディスプレイである。
【００１６】
本開示の別の態様は、上記のＯＬＥＤディスプレイおよびＯＬＥＤディスプレイに電気的に接続された制御電子機器を含む、電子機器である。
【００１７】
さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明で示され、一部ではその説明から当業者には容易に明らかであり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付図面を含む本明細書に記載された実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【００１８】
前述の一般的な説明、および以下の詳細な説明の両方が、単なる例であり、本特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨組みを提供することを意図するものであることを理解されるべきである。添付図面が、さらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、それを構成する。図面は１つまたは複数の実施形態を図示し、説明と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明するために役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本明細書に記載された光取り出し装置および方法を使用するＯＬＥＤディスプレイの一例の上面図。
【図１Ｂ】ＯＬＥＤの寸法およびＯＬＥＤにより形成されたＯＬＥＤアレイの一例を図示する、４つのＯＬＥＤアレイの上面拡大図。
【図１Ｃ】図１ＡのＯＬＥＤディスプレイの一部の拡大ｘ−ｚ断面図。
【図１Ｄ】図１Ｃで示したＯＬＥＤディスプレイの一部をさらに拡大した図であり、かつ基本的な層状のＯＬＥＤ構造を示す拡大差し込み図を含む。
【図２】ＯＬＥＤ、屈折率整合材およびテーパー状反射器で形成され、テーパー状反射器および屈折率整合材が光取り出し装置を構成する発光装置の一例の立面分解図。
【図３】４つのＯＬＥＤおよび各ＯＬＥＤ上に配列された４つのテーパー状反射器の上面図。
【図４Ａ】テーパー状反射器の形の一例の側面図。
【図４Ｂ】テーパー状反射器の形の一例の側面図。
【図４Ｃ】ＯＬＥＤによりテーパー状反射器の本体に発されその上面に直接当たらない光のすべてが、テーパー状反射器の側面で内部全反射を受けることを確実にする、テーパー状反射器の側面の複雑な面の形の一例のプロット図。
【図４Ｄ】テーパー状反射器の材料のエスケープコーンの外側にある、ＯＬＥＤが発する光線は、まずテーパー状反射器の側壁で反射することなく、テーパー状反射器の上面に直接当たることはできないことを確実にする、テーパー状反射器の有利な形の概略図。
【図５Ａ】携帯電話用ＯＬＥＤディスプレイの赤−緑−青（ＲＧＢ）ピクセル幾何学の一例を図示し、ＯＬＥＤピクセルの上に配列されたテーパー状反射器アレイを示す顕微鏡写真に基づく概略図。
【図５Ｂ】異なるサイズを有する青色および緑色のＯＬＥＤピクセルを示す、図５ＡのＯＬＥＤディスプレイの一部分の拡大断面図。
【図６Ａ】テーパー状反射器アレイの中央のテーパー状反射器の光取り出し効率ＬＥ（％）対屈折率ｎｐのプロット図。
【図６Ｂ】テーパー状反射器アレイの中央のテーパー状反射器に対する第１の対角のテーパー状反射器からの光出力ＬＬ対テーパー状反射器アレイの中央のテーパー状反射器の屈折率ｎｐのプロット図。
【図６Ｃ】テーパー状反射器アレイの中央のテーパー状反射器に対する隣りのテーパー状反射器からの光出力対テーパー状反射器アレイの中央のテーパー状反射器の屈折率ｎｐのプロット図。
【図６Ｄ】大きな検出器（菱形）および小さな検出器（正方形）を使用して測定される、テーパー状反射器の底面に対するＯＬＥＤの結合効率ＣＥ（％）対オフセットｄＸ（ｍｍ）のプロット図。
【図７Ａ】６０℃の温度変化におけるグルー層の弾性率Ｅｇ（ＭＰａ）の関数として計算されたグルー層のせん断応力τｍａｘのプロット図。
【図７Ｂ】図７Ａと同じ６０℃の温度変化における、テーパー状反射器の材料の弾性率Ｅｐ（ＭＰａ）の関数として計算されたグルー層のせん断応力τｍａｘのプロット図。
【図８】テーパー状反射器アレイのテーパー状反射器間のスペースに充填する材料の光取り出し効率ＬＥ（％）対屈折率ｎＳのプロット図。
【図９Ａ】本明細書に開示された光取り出し装置用について異なる構成を図示する、ＯＬＥＤディスプレイの一部の側面図。
【図９Ｂ】本明細書に開示された光取り出し装置用について異なる構成を図示する、ＯＬＥＤディスプレイの一部の側面図。
【図９Ｃ】光取り出しをさらに助けるために、カプセル化層の上にさらなるマイクロレンズを加えた、本明細書に開示された光取り出し装置の側面図。
【図１０Ａ】本明細書に開示されたＯＬＥＤディスプレイを含む、一般化された電子機器の概要図。
【図１０Ｂ】図１０Ａの一般化された電子機器の一例。
【図１０Ｃ】図１０Ａの一般化された電子機器の一例。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、添付図面に図示される例示的な実施形態について詳細に言及する。同じまたは同様の部分を指すために、可能な限り常に、同じ参照番号を図面全体において使用する。図面における構成部品は必ずしも縮尺どおりではなく、その代わりに例示的な実施形態の原理を図示することに強調が置かれている。
【００２１】
参照の目的のため、および考察を容易にするために、図においてデカルト座標を使用しているが、方位または方向について限定することを意図していない。
【００２２】
ＯＬＥＤに関連する用語「光取り出し」は、実際のＯＬＥＤ層構造には存在しない特徴を使い、ＯＬＥＤから発する光の量を増加させるための装置および方法を指す。
【００２３】
以下で使用される単位の省略形であるＭＰａは「メガパスカル」を表す。
【００２４】
ＯＬＥＤの屈折率ｎＯは、ＯＬＥＤ構造を作る様々な層からの寄与を含む有効な屈折率であり、一例では１．６から１．８５の範囲であり、一方別の例では１．７から１．８の範囲であり、および別の例では、１．７６から１．７８の範囲である。
【００２５】
図１Ａは、本明細書に開示したトップエミッション型ＯＬＥＤディスプレイ（「ＯＬＥＤディスプレイ」）１０の一例の上面図である。図１ＢはＯＬＥＤディスプレイ１０の一部の拡大上面図であり、一方、図１ＣはＯＬＥＤディスプレイ１０の一部の拡大ｘ−ｚ断面図である。図１Ｄは、図１Ｃで示したＯＬＥＤディスプレイ１０の一部のさらに拡大した図である。
【００２６】
図１Ａから図１Ｄを参照し、ＯＬＥＤディスプレイ１０は、上面２２を有する基板２０を含む。一例では、基板２０はガラス製である。ＯＬＥＤディスプレイ１０は、基板２０の上面２２上にあるトップエミッション型ＯＬＥＤ３２のアレイ３０もまた含む。各ＯＬＥＤ３２は、上面（ｕｐｐｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）または上面（ｔｏｐ  ｓｕｒｆａｃｅ）３４および側面３６を有する。図１Ｄの拡大差し込み図に示しているように、ＯＬＥＤ３２は、電極層３３ＥＬに挟まれた発光層３３ＥＸを含む。一例では、上部電極層３３ＥＬは実質的に透明陽極であり、一方下部電極層は金属陰極である。他の層、例えば、電子および正孔の注入層および輸送層、ならびに基板層は、図示の簡易化のために示していない。
【００２７】
ＯＬＥＤ３２はｘ方向に長さＬｘ、ｙ方向に長さＬｙを有する。一例では、Ｌｘ＝Ｌｙである。図１Ａの拡大差し込み図において最もよく理解できるように、ＯＬＥＤアレイ３０のＯＬＥＤ３２は、互いにｘ方向およびｙ方向に、隣とのスペースＳｘおよびＳｙで、間隔を空けている。一例では、Ｓｘ＝Ｓｙである。ＯＬＥＤ３２は、上面３４から光３７を発する。２つの光線３７Ａおよび３７Ｂを以下に示し考察する。一例では、ＯＬＥＤ３２はすべて同じサイズで、等しく間隔が空いている。他の一例では、ＯＬＥＤのすべてが、同じ寸法Ｌｘ、Ｌｙを有しているわけではなく、スペースＳｘ、Ｓｙがすべて同じではない。
【００２８】
ＯＬＥＤディスプレイ３０は、それぞれのＯＬＥＤ３２に動作可能に配置した、すなわち１つのテーパー状反射器を１つのＯＬＥＤと動作可能に配置した（すなわち光学的に結合、または光学的にインターフェースした）、テーパー状反射器５２のアレイ５０をさらに含む。各テーパー状反射器５２は、本体５１、上面５４、少なくとも１つの側面５６、および底面５８を含む。上面５４は少なくとも１つの外端５４Ｅを含み、底面５８は少なくとも１つの外端５８Ｅを含む。テーパー状反射器の本体５１は屈折率ｎｐを有する材料で作られる。
【００２９】
図２は、テーパー状反射器５２、屈折率整合材７０およびＯＬＥＤ３２で形成される発光装置６０の一例の立面分解図である。テーパー状反射器５２の上面５４は、底面５８より大きい（すなわち、より大きな表面積を有し）、すなわち、上面がテーパー状反射器の「ベース」である。一例では、上面５４および底面５８は長方形、例えば正方形であるため、合計４つの側面５６がある。テーパー状反射器５２が回転対称である一例では、１つの側面５６だけを有すると言える。側面５６は、それぞれ、単一の平面であり得る、または複数のセグメント化平面で作ることもでき、または連続した曲面でもあり得る。
【００３０】
したがって、一例では、テーパー状反射器５２は、台形状の不完全な角錐の形状を有し、不完全なまたは長方形底面角錐台とも呼ばれる。テーパー状反射器５２の他の形もまた、以下に述べるように効果的に使用され得る。テーパー状反射器５２は、ｚ方向に通る中心軸ＡＣを有する。上面５４および底面５８が正方形を有する例では、上面は幅寸法ＷＴを有し、底面は幅寸法ＷＢを有する。さらに一般的には、上面５４は（ｘ、ｙ）の幅寸法ＷＴｘおよびＸＴｙを有し、底面５８は（ｘ、ｙ）幅寸法ＷＢｘおよびＷＢｙを有する(図２）。テーパー状反射器５２は、上面５４と底面５８との間の軸方向の距離として定義される高さＨＰも有する。
【００３１】
図１Ｄで最もよく理解できるように、テーパー状反射器５２の底面５８は、ＯＬＥＤ３２上に配置され、底面５８はＯＬＥＤの上面３４に隣接して存在する。屈折率整合材７０は、屈折率ｎＩＭを有し、テーパー状反射器５２をＯＬＥＤ３２にインターフェースするために使用する。一例では、テーパー状反射器の屈折率ｎＰは、ＯＬＥＤの屈折率ｎＯにできるだけ近いことが好ましい。一例では、ｎＰとｎＯとの差は０．３以下、さらに好ましくは０．２以下、さらに好ましくは０．１以下、および最も好ましくは０．０１以下である。別の例では、屈折率整合材の屈折率ｎＩＭは、テーパー状反射器の屈折率ｎＰ以上であり、ｎＰとｎＯの間の値が好ましい。一例では、テーパー状反射器の屈折率ｎＰは、１．６と１．８との間である。
【００３２】
一例では、屈折率整合材７０は接着性を有し、テーパー状反射器５２をＯＬＥＤ３２に取り付けるのに役に立つ。一例では、屈折率整合材７０は、グルー、接着剤、接合剤などを含む。上述の通り、ＯＬＥＤ３２、テーパー状反射器５２および屈折率整合材７０の組み合わせが、発光装置６０を定義する。テーパー状反射器５２および屈折率整合材７０は、光取り出し装置６４を定義する。
【００３３】
一例では、テーパー状反射器５２の底面５８を、ＯＬＥＤ３２の上面３４に密接に接触させる、例えば光学的接触させるように配置することによって、屈折率整合材７０を省くことができる。
【００３４】
ＯＬＥＤディスプレイ１０は、上面１０４および下面１０８を有するカプセル化層１００もまた含む。一例では、カプセル化層１００は、一枚のガラスの形状である。テーパー状反射器５２の上面５４は、カプセル化層１００の下面１０８のすぐ近くに接して存在する。図１Ｃで最もよく図示される一例では、テーパー状反射器５２の上面５４を、上面の端５４Ｅの間に実質的なスペースがまったくないように、カプセル化層１００の下面１０８にタイル状に並べる。
【００３５】
一例では、カプセル化層１００およびテーパー状反射器５２は、単一の材料で作られる一体型モノリシック構造として形成される。これは樹脂系材料を使用する超微細複製プロセスなどの成形プロセスまたは同様のプロセスを使用して達成され得る。
【００３６】
外部環境１２０は、カプセル化層１００の上面１０４にすぐ隣接している。外部環境１２０は、典型的に空気であるが、ディスプレイを使用する場合の別の環境、例えば真空、不活性ガスなども確かにあり得る。図３は図１Ｂと同様であり、４つのＯＬＥＤ３２およびそれに対応する上面５４を有する４つのテーパー状反射器を示す上面図である。隣接するテーパー状反射器５２の上面５４の外端５４Ｅは、互いにすぐ隣に存在することを注意されたい。一例では、外端５４Ｅは互いに接している。底面５８は、隣りの底面の端５８Ｅとの間の（ｘ、ｙ）端スペースであるＳＢｘおよびＳＢｙをそれぞれ有するとして示されている。一例では、底面５８は、ＯＬＥＤ３２の上面３４のサイズの少なくとも９０％である。
【００３７】
また図１Ｃを参照すると、テーパー状反射器５２のアレイは、隣接するテーパー状反射器間の閉鎖スペース１３０、基板の上面２２およびカプセル化層１００の下面１０８を画定する。一例では、スペース１３０は空気などの媒体で充填し、一方他の例では、スペース１３０は、誘電材料の形態の媒体で充填している。屈折率ｎＳの所定の媒体でスペース１３０を充填させることについては、以下でより詳細に考察する。
【００３８】
テーパー状反射器５２は、典型的には、比較的高い屈折率、すなわち好ましくはＯＬＥＤ発光層３３ＥＸのものと同程度高い屈折率を有する材料で作る。上述の屈折率整合材７０を使用し、テーパー状反射器５２を逆形状で、対応するＯＬＥＤ３２上に動作可能に配列する。各ＯＬＥＤ３２を、ＯＬＥＤアレイ１０のピクセルとみなし、ＯＬＥＤ３２、屈折率整合材７０および角錐５０の各組み合わせが発光装置６０であり、発光装置の組み合わせがＯＬＥＤディスプレイ１０の発光装置アレイを定義する。
【００３９】
テーパー状反射器５２の比較的高い屈折率ｎＰおよび屈折率整合材７０の屈折率ｎＩＭにより、ＯＬＥＤ３２のＯＬＥＤ発光層３３ＥＸで生成される光線３７は、ＴＩＲにより閉じ込められることなく、直接または下部電極層３３ＥＬに反射してＯＬＥＤ上面３４から出て行くことができる（図１Ｄ）。テーパー状反射器５２を通り、直接上面５４に伝わった後（光線３７Ａ）、または少なくとも１つの側面５６でＴＩＲにより反射した後（光線３７Ｂ）、光はカプセル化層１００に脱出し、それを通り外部環境１２０に到る。
【００４０】
一例では、側面５６は垂直線、例えば示されているように、中心軸ＡＣに平行に通る垂直参照線ＲＬに対し、傾斜角度Θにより定義される斜面を有する。側面５６の斜面が、それほど険しくない場合（すなわち、傾斜角度Θが十分に大きい場合）、ＯＬＥＤ上面３４から発する光線３７の任意の光源点でＴＩＲの条件が整い、光線は側面５６を通りテーパー状反射器の側面にすぐ隣接するスペース１３０に入ることにより失われない。
【００４１】
さらに、テーパー状反射器５２の高さＨＰが十分に大きければ、上面５４に入射する光線３７のすべてが、テーパー状反射器５２の屈折率ｎＰおよびカプセル化層１００の屈折率ｎＥにより定義されるＴＩＲエスケープコーン５９内にあり（図４Ｄ）、したがってカプセル化層内に脱出する。さらに、光線３７はまた、カプセル化層１００の材料の屈折率ｎＥおよびカプセル化層の上面１０４にすぐ隣接して存在する外部環境の屈折率ｎｅにより定義されるＴＩＲエスケープコーン内にある。
【００４２】
したがって、ＯＬＥＤ３２のＯＬＥＤ構造の中で、他とは違った透明な上部電極層３３ＥＬの光吸収率を無視すれば、ＯＬＥＤで生成された光線３７の１００％が、原則としてカプセル化層１００の上に存在する外部環境１２０に伝わり得る。要するに、テーパー状反射器５２の本体５１を構成する屈折率整合材により、テーパー状反射器５２は完全な（または、ほぼ完全な）内部光取り出し部として作用することができ、一方、側面５６の反射特性により、テーパー状反射器５２は完全な（または、ほぼ完全な）外部光取り出し部になることができる。
【００４３】
ＴＩＲ条件の説明
屈折率ｎ１およびｎ２をそれぞれ有する、空気およびガラスなどの任意の２つの異種透明材料の境界において、より高い屈折率の材料の方向から境界に入射する光線は、臨界角Θｃより高い、面法線に対する角度で境界に入射する場合、境界で１００％の反射を受け、より低い屈折率の材料に出て行くことはできない。臨界角は、ｓｉｎ（Θｃ）＝ｎ１／ｎ２によって定義される。
【００４４】
より高い屈折率の材料から脱出することができ、その材料内でＴＩＲを受けない光線はすべて、コーン角２Θｃを有するコーン内にある。このコーンをエスケープコーンと称し、図４Ｄと関連して以下で考察する。
【００４５】
任意の屈折率を有する層の任意の配列において、臨界角Θｃおよびエスケープコーン５９は、光線が発生する層の屈折率および光線が脱出して行く層または媒体の屈折率によってのみ定義されることを示し得る。したがって、反射防止膜を、ＴＩＲ条件を修正するために使用することはできず、かつＴＩＲ条件を克服することによって光取り出しを助けるために使用することもできない。
【００４６】
半球体への等方的放射および任意の角度での同じ強度を有する点光源において、光源材料から脱出することができる光の量は、２π（１−ｃｏｓ（Θｃ））で得られるエスケープコーン５９の立体角と、１−ｃｏｓ（Θｃ）と等しい半球体の全立体角（２π）との比に等しい。屈折率ｎ２＝１．７６のＯＬＥＤ材料および屈折率ｎ１＝１．０の空気を一例に挙げると、臨界角は、Θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（１／１．７６）＝３４．６２°である。
【００４７】
ＯＬＥＤ材料の上に任意の連続する異なる材料の層において、空気に出て行く光の量（すなわち、光入力と比較した光出力）は、１−ｃｏｓ（３４．６２％）＝１７．７％に等しい。これは光取り出し効率ＬＥと称される。この結果により、ＯＬＥＤが等方的放射部であることが想定され、この想定に基づく光取り出し効率の推定は、より厳密な分析および実際に観察されたもので得られる実結果に極めて近い。
【００４８】
テーパー状反射器の形についての考察
全体的なテーパー形状がある限り、テーパー状反射器５２の側面５６の正確な形は、テーパー状反射器５２の機能にとって重要ではない。図４Ａは、少なくとも１つの曲側面５６を含むテーパー状反射器５２の一例の側面図である。図４Ｂは少なくとも１つのセグメント化平面でできた側面５６を含むテーパー状反射器５２の一例の側面図である。一例では、１つまたは複数の側面５６は、テーパー状反射器５２が、底面５８においてよりも上面５４において幅が広い場合に限り、単一の曲面、例えば円筒形、放物線形、双曲線形またはその他の平面以外の形によって定義され得る。一例では、テーパー状反射器５２は回転対称であるため、単一の側面５６を含む。
【００４９】
厳密に要求されないが、ＯＬＥＤ３２のＯＬＥＤ発光層３３ＥＸ内の、光線３７の光源の任意の可能性のある点に関して、テーパー状反射器５２の側面５６の任意の点で、ＴＩＲ状態が観察される場合、発光装置６０の性能が最適化される。図４Ｃは、簡単な数値モデルを使用し計算した、側面５６の複雑な面の形の一例に関する、ｚ座標対ｘ座標（相対単位）のプロット図である。ｚ軸およびｘ軸は各軸方向に正規化された長さを表す。ＯＬＥＤ３２は、ｘ方向に［−１、０］から［１、０］に及ぶと想定され、［−１、０］の位置で始まるが図４Ｃのプロット図には示されていない別の側面５６がある。側面５６の形は、［−１、０］で発する光線が、面法線に対しちょうど４５°で面に常に入射するように計算された。ｚ＝０およびｘが−１と１の間で発生する任意の他の光線は、［−１、０］で発生する光線よりも高い、側面５６上の入射角を有する。
【００５０】
図４Ｄの概略図で図示されるように、テーパー状反射器５２の高さＨＰが、ＯＬＥＤ３２が発する、カプセル化層１００に直接出て行く光線３７のすべてが、エスケープコーン５９内にあるようであれば、発光装置６０の性能をさらに改善し得る。図４Ｄは、テーパー状反射器５２の上面５４により定義される水平面ＴＰを含む。テーパー状反射器５２の上面５４が、エスケープコーン５９の範囲を定義する線５９Ｌの内側に完全にある（すなわち、交差しない）場合、条件が満たされる。エスケープコーン線５９Ｌは、底面５８の端５８Ｅで発生し、上面５４に対し臨界角Θｃで水平面ＴＰと交差し、Θｃの値はテーパー状反射器の材料の屈折率ｎｐおよび空気の屈折率ｎａにより、ｓｉｎ（Θｃ）＝ｎａ／ｎｐとして定義される。
【００５１】
一般的な場合、ＯＬＥＤ３２の幾何学（サイズおよびその間のスペース）ならびにテーパー状反射器５２の屈折率ｎｐに基づく、テーパー状反射器５２の最適な高さＨＰが存在する。高さＨＰが小さすぎる場合、ＯＬＥＤ３２から発する光線３７はすべて、テーパー状反射器５２の側面５６でＴＩＲを受けるが、一部の光線は上面５４に直接伝わり、臨界角より大きな角度でそれに入射するので、ディスプレイ中の空気との第１の境界で閉じ込められる。高さＨＰが大き過ぎる場合、上面５４に直接伝わる光線３７はすべて、エスケープコーン５９内にあるが、側面５６に当たる一部の光線は、側面のエスケープコーン内に入り、したがって側面から出る。一例では、テーパー状反射器のＨＰの最適な高さＨＰは、典型的に（０．５）ＷＢと２ＷＴの間であり、さらに典型的にはＷＢとＷＴの間である。また、一例では、側壁５６の局所勾配は２°と５０°の間、またはさらに１０°と４５°の間であり得る。
【００５２】
テーパー状反射器アレイ
上述のように、複数のテーパー状反射器５２が、テーパー状反射器アレイ５０を定義する。テーパー状反射器５２の底面５８を、それぞれＯＬＥＤ３２の上面３４とアライメントし光学的に結合させる。テーパー状反射器５２の上面５４は底面５８より大きいので、一例では（図１Ｃ参照）、上面５４は、カプセル化ガラスのカプセル化層１００の下面１０８全体を実質的に覆うように、または使用する特定の製造技術で可能な限り隙間なく覆うようなサイズに作る。
【００５３】
図５Ａは、携帯電話用ＯＬＥＤディスプレイ１０の赤−緑−青（ＲＧＢ）ピクセル幾何学の一例を図示する顕微鏡写真に基づく概略図である。図５Ｂは、緑色ＯＬＥＤ３２Ｇおよび青色ＯＬＥＤ３２Ｂを示す、ＯＬＥＤディスプレイ１０の一部の断面図である。ピクセルは、ダイヤモンドパターンで配列されたＯＬＥＤ３２によって画定されるため、ＯＬＥＤはＯＬＥＤピクセルとも称される。図５Ａに示すように、ｘ軸およびｙ軸は時計方向に４５°で回転したものとも考えられ得る。
【００５４】
ＯＬＥＤ３２は有色光を発し、赤色、緑色および青色発光についてそれぞれ３２Ｒ、３２Ｇ、および３２Ｂと表示される。実線は、示している８つの有色ＯＬＥＤ３２に伴う８つのテーパー状反射器５２の輪郭を描く。テーパー状反射器５２の上面５４は互いに接し、一方底面５８はそれぞれのＯＬＥＤ３２Ｒ、３２Ｇ、および３２Ｂを完全に覆っている。緑色ＯＬＥＤ３２Ｇは青色ＯＬＥＤ３２Ｂより小さく、さらに、完全な周期的アレイが好ましいので、それぞれのテーパー状反射器５２の底面５８を青色ＯＬＥＤに合わせたサイズに作り、緑色ＯＬＥＤに関してはわずかに大き過ぎる。
【００５５】
別の例では、テーパー状反射器５２のアレイ５０の構成は、ＯＬＥＤのアレイ３０の構成に合わせて構成される。したがって、一例では、テーパー状反射器５２がすべて、同じ寸法ＷＢｘ、ＷＢｙを有するわけではなく、同じ底面の端のスペースＳＢｘ、ＳＢｙを有するわけではない。
【００５６】
ＯＬＥＤディスプレイ１０の例は、テーパー状反射器５２の高さＨＰに等しい厚さ、および固形材料層に切り込まれた、交差するＶ溝スペース１３０の長方形格子を有する、ＯＬＥＤ３２のすぐ上に存在する固形材料層を有するものと考え得る。このような構造は、好適な樹脂または光硬化もしくは熱硬化材料の層で、三角断面稜線の長方形格子を画定するように構成されたマスター複製ツールで、超微細複製され得る。このようなツールは、例えば、まずテーパー状反射器アレイとまったく同じに見えるパターンをダイヤモンド加工し、次いでその逆パターンを複製してマスターを作ることにより製造し得る。マスターは、耐久性のために金属化され得る。
【００５７】
図５Ａおよび図５Ｂで示すように、一例では、有色ＯＬＥＤ３２Ｒ、３２Ｇ、および３２Ｂの間のスペースＳｘおよびＳｙは、最大のＯＬＥＤ（すなわち青色ＯＬＥＤ３２Ｂ）のサイズＬｘ、Ｌｙにほぼ等しい。テーパー状反射器の上面５４が底面５８の２倍の大きさであり、テーパー状反射器の高さＨＰが、底面の幅の１．５倍の高さであり、側壁が平らである場合、側面５６の傾斜角Θはａｒｃｔａｎ（１／３）＝１８．４°である。この傾斜角を有するテーパー状反射器５２またはテーパー状反射器５２のアレイ５０を製造することは、ダイヤモンド加工技術の能力の範囲内である。
【００５８】
Ｖ溝の底がより丸みのある場合、同じ傾斜角Θには、テーパー状反射器５２の高さＨＰが底面５８のサイズ（寸法）の１．５倍未満であり得る。ＯＬＥＤディスプレイ１０の異なる構造、または複製マスターの異なる製造技術では、テーパー状反射器の幾何学に異なる制限があてはまり得る。
【００５９】
上記に説明されるように、テーパー状反射器５２の周期的アレイ５０を形成するために、複製ツールまたは型は、切頭くぼみ、または「ボウル」のアレイであると考えられ得る構造のネガティブ複製である。テーパー状反射器アレイ５０を形成するためのこのようなツールを使用する場合、ツールを液体または成形可能な複製材料の層に押し入れるとき、ボウル内に空気を閉じ込めないことが好まれ得る。このような空気を閉じ込めないようにする一つの技術は、複製ツールまたは型を、切頭ではない完全な角錐型のボウルのアレイとして製造することである。この場合、テーパー状反射器の高さを、複製材料層の厚さにより制御することができる。ツールをガラス基板２０に接するまで複製材料に押し入れる。複製した各テーパー状反射器の上に、空気ポケットをわざと残す。テーパー状反射器の上部が表面張力により丸くなるのを避けるように注意が払われ得る。
【００６０】
光取り出し効率
ＯＬＥＤディスプレイ１０のテーパー状反射器５２の光取り出し効率を推定するために、モデル化ＯＬＥＤディスプレイ用の標準光学設計ソフトウエアを使用し、レイトレーシングを行った。テーパー状反射器５２の５×５アレイ５０を考察した。各テーパー状反射器５２は、２×２単位の底面のサイズ、４×４単位の上面のサイズ、および３単位の高さＨＰを有した。これらの無次元単位は、時々「レンズユニット」と呼ばれ、モデリング結果が直線的に変化する場合に使用される。テーパー状反射器５２は、それぞれが屈折率１．５１の２枚のガラスの間で挟まれた。各テーパー状反射器５２の底面５８のすぐ下に、屈折率１．７６の材料の極薄層を置いた。この薄層はＯＬＥＤの役割を果たすのでＯＬＥＤ層と称される。最上部のガラスはＯＬＥＤディスプレイ１０のカプセル化層１００として役立った。
【００６１】
ＯＬＥＤ層の底面は、完全に反射するように設定され、反射底部電極層３３ＥＬを表す。光源をＯＬＥＤ層内、および５×５アレイの中央テーパー状反射器５２の下のみに置いた。光源は等方的（すなわち、角度に対し強度が均一）であり、テーパー状反射器５２の底面５８と同じ横断寸法を有した。次に、上部（カプセル化）層からの光出力を計算した。モデル化ＯＬＥＤディスプレイの発光のモデリングを、発光効率ＬＥを決定するために、テーパー状反射器５０あり、およびテーパー状反射器５２なしで実行した。仮想検出器の配置を選択することにより光出力を決定した。
【００６２】
テーパー状反射器５２のアレイ５０なしの場合では、光出力は光源出力の約１６．８％であり、エスケープコーンのサイズの簡易計算に基づき上記で計算された１７．７％の値に極めて近い。
【００６３】
テーパー状反射器５２での光取り出し効率ＬＥ（％）は、図６Ａから図６Ｃのプロット図に示されている。水平軸はテーパー状反射器の屈折率ｎｐである。図６Ａでは、垂直軸は光取り出し効率ＬＥ（％）である。隣接するテーパー状反射器５２への光の流出が一部あることが注目される。テーパー状反射器アレイ５０の各テーパー状反射器５２からの出力は、所定のテーパー状反射器の上面５４に、小さな長方形（仮想）の検出器を置くことによってモデルで容易に推定される。簡易化のために、光取り出し効率ＬＥ（％）は、光源が発する全出力分の中央テーパー状反射器からの出力として本明細書で定義される。
【００６４】
図６Ａから理解できるように、テーパー状反射器の屈折率ｎｐがＯＬＥＤ層の屈折率、つまり１．７６と一致する場合、光取り出し効率ＬＥは、５７．２％または１７．７％の３．２倍（２２０％）の高さに達する。しかし、ｎｐ＝１．６２の場合でも、光取り出し効率ＬＥは２．５７Ｘ（すなわち１５７％）で、つまり１７．７％から４５．８％に改善される。これはテーパー状反射器５２のテーパー状の形による「フォーカス」効果を考慮していないので、法線方向の輝度の増加は、ＯＬＥＤ構造の細部およびテーパー状反射器の正確な形および高さによって、さらに少し大きくなり得る。
【００６５】
様々な例において、光取り出し効率ＬＥは、発光装置６０の構成部分の様々なパラメータおよび構成により、１５％より大きく、または２０％より大きく、または２５％より大きく、または３０％より大きく、または４０％より大きく、または５０％より大きい。
【００６６】
図５Ａおよび図５Ｂを再び参照し、ＯＬＥＤディスプレイ１０においてダイヤモンド配列の場合、緑色ＯＬＥＤ３２Ｇにとって、最も近隣の同色は、対角線上で次のテーパー状反射器の下にあり、青色ＯＬＥＤ３２Ｂおよび赤色ＯＬＥＤ３２Ｒにとって、最も近隣の同色は、４つの側面のうちのいずれかから２番目のテーパー状反射器の下にある。光漏れＬＬは、中央のテーパー状反射器の光出力分の横のテーパー状反射器の光出力として定義され、テーパー状反射器の屈折率ｎｐの関数としても図６Ｂおよび図６Ｃでプロット図化されている。図６Ｂは最も近い対角のテーパー状反射器５２に関するものであり、一方、図６Ｃは、中央のテーパー状反射器の右から２番目に近いテーパー状反射器に関するものである。図６Ｂから明らかなように、同色のＯＬＥＤを伴う一番近いテーパー状反射器への光漏れは、ｎｐ＝１．６２を有する同じテーパー状反射器材料の場合、緑色ＯＬＥＤ３２Ｇについては約０．６％、ならびに青色ＯＬＥＤ３２Ｂおよび赤色ＯＬＥＤ３２Ｒについては０．２％に過ぎない。
【００６７】
上述のようなモデルリングを、幾何光学の原理を使用して行ったので、波動光学でよりよく説明される他の効果は考慮していない。幾何光学モデルはまた、ＯＬＥＤ３２内部の効果を考慮していない。これらの他の要因を考慮すると、計算される発光効率は少しだけ増加し、内部の光取り出し、すなわちＯＬＥＤ構造内から光を取り出すことにわずかに影響し、ＯＬＥＤ上面３４からより多くの光が出ることが予想される。本明細書に開示された装置および方法は、光取り出し、すなわちＯＬＥＤ３２の外部の構造を使用して光を取り出すことを対象とする。
【００６８】
本明細書に開示された改善された発光装置および方法は、完全に光反射によるものであり、光散乱によるものではない。したがって、反射電極層３３ＥＬが反射する周囲光の偏光が、反射するときに変化せず、それはそのアプローチが円偏光子の使用と完全に両立することを意味する。また反射ヘーズがなく、したがって散乱技術を使用して光取り出しを改善するほぼすべての他のアプローチに特徴的な問題である、ディスプレイのコントラスト比の減少がない。
【００６９】
アライメントの考察
上記で引用した光取り出し効率値のすべては、ＯＬＥＤ３２光源とテーパー状反射器５２の底面５８の間の完全なアライメントを想定した。上記で使用した同じタイプのモデリングを、ＯＬＥＤ３２とテーパー状反射器５２の間のミスアライメントに対する感度を推定するためにも使用した。図６Ｄは、テーパー状反射器の屈折率ｎｐが、ＯＬＥＤ３２のものと同じ場合について、結合効率ＣＥ対ｘ−オフセットｄＸ（ｍｍ）をプロットする。
【００７０】
その結果は、出力（したがって結合効率ＣＥ）がオフセットｄＸに直線的に変化し、オフセット１０％で光出力の約８％の低下をもたらすことを示している。モデルの仮想検出器をカプセル化ガラスの外面（空気との境界）に置いた。図６Ｄでは、曲線Ｓは「小さな検出器」の場合であり、テーパー状反射器の上面と同じサイズの仮想検出器を指す。同様に、曲線Ｌは「大きな検出器」の場合であり、発光ＯＬＥＤの上にあるテーパー状反射器から出るすべての光線を捉えるように設計された、わずかに大きい仮想検出器を指す。
【００７１】
隣のテーパー状反射器への光漏れにより生じる、ＯＬＥＤディスプレイ１０の鮮明度またはコントラスト比の可能性のある低下を推定するために、テーパー状反射器５２の１０×１０アレイ５０についてもモデルリングを実行した。そのモデリングは、このような光漏れがコントラスト比に大きな影響を与えないことを示した。
【００７２】
ＣＴＥミスマッチの考察
従来のＯＬＥＤディスプレイでは、カプセル化層の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ＯＬＥＤガラス基板のものと同じ、または極めて類似している。しかし、テーパー状反射器５２のＣＴＥは、特にテーパー状反射器がポリマーまたはハイブリッド（無機充填剤を有する有機）樹脂を使用して形成される場合、実質的に異なり得る。
【００７３】
環境温度の変化によって発光装置６０内で誘発される機械的応力の大きさの簡易な推定を、出版物、Ｗ．Ｔ．  Ｃｈｅｎ  ａｎｄ  Ｃ．Ｗ．  Ｎｅｌｓｏｎ著、タイトル「Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｒｅｓｓ  ｉｎ  ｂｏｎｄｅｄ  ｊｏｉｎｔｓ」ＩＢＭ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ出版、１９７９年、Ｖｏｌ．  ２３，  Ｎｏ．  ２，  ｐｐ．  １７９−  １８８（以下、「ＩＢＭ出版物」）に記載のアプローチを使用して行い、それを本明細書に参照として組み入れる。
【００７４】
図１Ｄの発光装置６０を、樹脂製のテーパー状反射器５２、グルー層の形状の屈折率整合材７０、およびガラス製のＯＬＥＤ３２の３層システムとしてモデル化した。グルー層７０の最大せん断応力τｍａｘを、ＩＢＭ出版物より以下の式「式（１）」を使用し計算し、Ｇはグルー層のせん断弾性率であり、ｌは中央から端までの最大接合寸法（正方形のサブピクセルおよびテーパー状反射器底面の場合の対角線の半分）であり、ｔはグルー層の厚さであり、α１およびα２は接合材料（すなわちテーパー状反射器の樹脂およびガラスについて、ｐｐｍ／℃単位で）の熱膨張係数であり、ΔＴは温度の変化（℃）であり、Ｅ１およびＥ２はヤング率であり、ｈ１およびｈ２は、接合材料すなわち、樹脂およびガラスのそれぞれの厚さである。ｈ１はテーパー状反射器の高さＨＰと同じであることを注意されたい。
【００７５】
【数１】
2019519814.tif 000003
【００７６】
【数２】
2019519814.tif 000004
【００７７】
その計算は、テーパー状反射器５２の底面５８が１６×１６μｍの寸法を有することを想定し、またｌ＝１１．３μｍおよびｔ＝２μｍ、テーパー状反射器の高さＨＰ＝ｈ１＝２４μｍを想定し、α１−α２＝７０ｐｐｍ／℃、ΔＴ＝６０℃およびグルーのポアソン比を０．３３（エポキシ類に典型的）とした。
【００７８】
図７Ａは、６０℃の温度変化における、グルー層の弾性率Ｅｇ（ＭＰａ）の関数として、計算したグルー層７０のせん断応力τｍａｘのプロット図であり、一方図７Ｂは、同じ６０℃の温度変化における、テーパー状反射器の樹脂材料の弾性率Ｅｐ（ＭＰａ）の関数として、計算したグルー層７０のせん断応力τｍａｘのプロット図である。せん断弾性率Ｇの値は、Ｇ＝Ｅｐ／（２（１＋ν））を使用し、弾性率Ｅｐおよびポアソン比νから計算した。グルー層７０のせん断応力τｍａｘの計算値は、１から１１ＭＰａの範囲である。１１ＭＰａより高いせん断強度を有する市販のグルーが多くある。さらに、６０℃の温度変動は非常に極端であり、これは、ゼロ応力点が２０℃の室温である場合、機器を−４０℃または８０℃の状態にすることを意味することを考慮されたい。
【００７９】
温度サイクルは機器の劣化故障をもたらし得るので、応力を引き起こす可能性のある温度を最小限にすることが、一般的に有益と考えられる。図７Ａおよび図７Ｂで示される結果は、切頭プリズムを形成するために使用する材料の弾性率を下げることにより、かつ／またはより柔らかいグルー（すなわち、より低い弾性率を有するもの）を使用することにより、これを達成し得ることを示している。
【００８０】
樹脂テーパー状反射器
上述のように、一例では、テーパー状反射器５２のアレイ５０は、樹脂が成形プロセスおよび同様の大量複製技術に適しているので、樹脂を使用して形成され得る。樹脂を使用してアレイ５０を形成するとき、カプセル化層１００の端が、端封止のためのフリットで覆うことができるように樹脂が使用されないことが好ましい。さらに、樹脂は、タッチセンサを作る典型的な１５０℃の加工温度に耐えることができることが好ましい。また、樹脂は、少なくともＯＬＥＤ材料にとって最も有害な種類、つまり酸素および水の、使用温度範囲内でのアウトガスがない、または非常に低アウトガスであることを示すことが好ましい。
【００８１】
テーパー状反射器間のスペース用材料
上述のように、テーパー状反射器５２のアレイ５０、ＯＬＥＤ３２およびカプセル化層１００は、屈折率ｎｓを有する媒体で充填された閉鎖スペース１３０を画定する。一例では、閉鎖スペース１３０は空気で充填され、その空気はｎｓ＝ｎａ＝１の屈折率を有する。他の例では、閉鎖スペース１３０は固形材料で充填し得る。エスケープコーン５９が可能な限り大きい状態のままであるように、閉鎖スペース１３０内の媒体は、可能な限り低い屈折率を有することが一般的には好ましい。
【００８２】
図８は、光取り出し効率ＬＥ（％）対閉鎖スペース１３０を充填する材料の屈折率ｎｓのプロット図であり、テーパー状反射器５２については屈折率ｎｐ＝１．７を想定している。プロット図は、閉鎖スペース１３０の充填材料の屈折率ｎｓが、シリコーン接着剤に典型的な値である１．４２と同じ高さである場合でも、（テーパー状反射器５２を使用しない場合と比較して）光取り出し効率の２Ｘ（１００％）より大きい改善を示す。
【００８３】
最大限の光取り出しによる利益を達成するために、充填材料の屈折率ｎｓは１．２以下であることが好ましい。そのような低い屈折率を有する材料の一例はエアロゲルであり、エアロゲルは、空気またはその他の好適な乾性および無酸素のガスで充填された、多孔質の有機または無機マトリックスである。シリカ系エアロゲルは、任意の残留水質汚染物を吸収し、ＯＬＥＤ材料の寿命を伸ばすという、さらなる役割も果たし得る。
【００８４】
テーパー状反射器の本体５１を構成する材料が、屈折率ｎｐ１．７を有し、エアロゲルの屈折率が１．２である場合、臨界角Θｃは約４５°となり、許容できる臨界角である。
【００８５】
テーパー状反射器の修正
テーパー状反射器５２を、全体的な光取り出し効率を高めるいくつかの方法で修正し得る。例えば、図９Ａを参照し、一実施形態において、側面５６は反射コーティング５６Ｒを含み得る。この構成では、テーパー状反射器が、もはやＴＩＲを使用して作動していないので、閉鎖スペース１３０を充填するために、基本的に任意の透明材料を考慮に入れる。
【００８６】
別の修正が図９Ｂの側面図に図示され、テーパー状反射器の底面５８上に形成され、テーパー状反射器の本体５１に及ぶマイクロレンズ１４０を示している。マイクロレンズ１４０は、テーパー状反射器の本体の屈折率ｎｐより高い屈折率ｎＭを有する。図９Ｂで示される構造は、底面５８に凹部（例えば、半球状、非球状など）を有するテーパー状反射器を形成し、次いでその凹部を高屈折率の材料で充填させることによって作成し得る。
【００８７】
図９Ｃは、テーパー状反射器５２の上のカプセル化層１００の上面１０４に、すなわち中央軸ＡＣに沿って、レンズ素子１５０を加える実施形態の一例を示す。レンズ素子１５０は、カプセル化層から出る光線３７に、さらなるコリメーションを提供するように構成され得る。一例では、レンズ素子１５０は発光装置６０および光取り出し装置６４の一部と考えられる。
【００８８】
ＯＬＥＤディスプレイを利用する電子機器
本明細書に開示されたＯＬＥＤディスプレイは、例えば、ディスプレイを利用する家電機器または商業用電子機器を含む様々な用途に使用され得る。電子機器の例は、コンピュータモニタ、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、例えば携帯電話、パーソナルメディアプレーヤを含む携帯電子機器、およびタブレット／ラップトップコンピュータを含む。他の電子機器は、自動車用ディスプレイ、器具用ディスプレイ、機械用ディスプレイなどを含む。様々な実施形態で、電子機器は、スマートフォン、タブレット／ラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、コンピュータディスプレイ、ウルトラブック、テレビ、およびカメラなどの消費者用電子機器を含み得る。
【００８９】
図１０Ａは、本明細書に開示されたＯＬＥＤディスプレイ１０を含む一般化された電子機器２００の概略図である。一般化された電子機器２００は、ＯＬＥＤディスプレイ１０に電気的に接続した制御電子機器２１０も含む。制御電子機器２１０は、メモリ２１２、プロセッサ２１４およびチップセット２１６を含み得る。制御電子機器２１０は、図示を簡易化するため示していない、その他の公知の構成部分も含み得る。
【００９０】
図１０Ｂは、ラップトップコンピュータの形状の電子機器２００の一例の立面図である。図１０Ｃは、スマートフォンの形状の電子機器２００の一例の正面図である。
【００９１】
本開示の精神または範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を行うことができることは当業者にとって明らかになるであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその同等物を考慮に入れることを除き、制限されるべきではない。
【００９２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００９３】
実施形態１  
上面を有しそれを介して光を発する有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）用光取り出し装置であって、
屈折率ｎｐ、少なくとも１つの側面、上面、および底面を備え、該上面が該底面より大きいテーパー状反射器と、
該ＯＬＥＤの該上面と該テーパー状反射器の該底面との間に配置され、該テーパー状反射器の屈折率ｎｐより大きい、または等しい屈折率ｎＩＭを備える屈折率整合層とを備え、
該ＯＬＥＤの該上面から発する光が、該屈折率整合層を通り該テーパー状反射器に入り、
該テーパー状反射器の少なくとも１つの該側面が、該光が内部全反射により、該テーパー状反射器のエスケープコーンに入り該テーパー状反射器の上面から出るように向きを変えるように構成された斜面を有する、光取り出し装置。
【００９４】
実施形態２  
前記テーパー状反射器が、切頭角錐台の形状を有する、実施形態１記載の光取り出し装置。
【００９５】
実施形態３
前記装置が１０％より大きい光取り出し効率を有する、実施形態１記載の光取り出し装置。
【００９６】
実施形態４
前記装置が２５％より大きい光取り出し効率を有する、実施形態１記載の光取り出し装置。
【００９７】
実施形態５
前記装置が５０％より大きい光取り出し効率を有する、実施形態１記載の光取り出し装置。
【００９８】
実施形態６
前記テーパー状反射器が樹脂製である、実施形態１記載の光取り出し装置。
【００９９】
実施形態７
前記ＯＬＥＤからの前記光が赤色、緑色または青色の光である、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１００】
実施形態８
前記テーパー状反射器の前記少なくとも１つの側面が１．２以下の屈折率ｎＳを有する媒体とインターフェースする、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１０１】
実施形態９
前記テーパー状反射器の前記底面で該テーパー状反射器に埋め込まれる、屈折率ｎＭがｎｐより大きい、少なくとも１つのマイクロレンズをさらに含む、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１０２】
実施形態１０
前記テーパー状反射器の前記上面に隣接して配置されるコリメーションレンズをさらに含む、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１０３】
実施形態１１
前記ＯＬＥＤが屈折率ｎＯを有し、前記テーパー状反射器の屈折率ｎｐと該ＯＬＥＤの屈折率ｎＯとの差が０．３未満である、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１０４】
実施形態１２
前記ＯＬＥＤが屈折率ｎＯを有し、前記テーパー状反射器の屈折率ｎｐと該ＯＬＥＤの屈折率ｎＯとの差が０．２未満である、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１０５】
実施形態１３
前記ＯＬＥＤが上面を有し、前記テーパー状反射器の前記底面が該ＯＬＥＤの前記上面のサイズの少なくとも９０％であるサイズを有する、実施形態１記載の光取り出し装置。
【０１０６】
実施形態１４
実施形態１記載の光取り出し装置のアレイ、
前記ＯＬＥＤアレイを支持する支持基板であって、該ＯＬＥＤが間隔を空け、それぞれの該光取り出し装置に対し動作可能に配列されている支持基板、および
前記テーパー状反射器の前記上面に隣接して存在するカプセル化層を備える、ＯＬＥＤディスプレイ。
【０１０７】
実施形態１５
各テーパー状反射器の各上面が外端を含み、隣接するテーパー状反射器の外端が互いにすぐ隣接して存在し、該上面が前記カプセル化層の下面に接する、実施形態１４記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１０８】
実施形態１６
前記ＯＬＥＤアレイの各ＯＬＥＤが同じ寸法を有する、実施形態１４記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１０９】
実施形態１７
前記ＯＬＥＤアレイの前記ＯＬＥＤが同じ端部スペースを有する、実施形態１４記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１０】
実施形態１８
実施形態１４記載の光取り出し装置、および
前記ＯＬＥＤを備える、発光装置。
【０１１１】
実施形態１９
実施形態１４記載のＯＬＥＤディスプレイおよび
該ＯＬＥＤディスプレイに電気的に接続された制御電子機器を備える、電子機器。
【０１１２】
実施形態２０
面を有する支持基板、
該支持基板面に周期的に配列され、各ＯＬＥＤが光を発する上面を備えるＯＬＥＤアレイ、
各テーパー状反射器が少なくとも１つの側面、上面、および底面を備え、該上面は該底面より大きく、各テーパー状反射器の該底面は該ＯＬＥＤアレイの対応する一つに光学的に結合し、少なくとも１つの該側面が、対応する該ＯＬＥＤから、該テーパー状反射器に該底面から入る光を完全に内部に反射し、該光を該テーパー状反射器の該上面を通る向きにするように構成された斜面を備える、テーパー状反射器アレイ、ならびに
該テーパー状反射器の該上面から出る該光を伝えるための、該テーパー状反射器アレイの該上面の上に配置されたカプセル化層を備える、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ。
【０１１３】
実施形態２１
前記テーパー状反射器アレイおよび前記カプセル化層が、モノリシック構造として単一の材料で形成される、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１４】
実施形態２２
前記テーパー状反射器アレイが前記カプセル化層上に配置した超微細複製樹脂を備える、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１５】
実施形態２３
各ＯＬＥＤの前記上面と、それに光学的に結合した対応するテーパー状反射器の前記底面との間に、動作可能に配置された屈折率整合層をさらに含む、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１６】
実施形態２４
前記テーパー状反射器アレイの各テーパー状反射器が、切頭角錐台の形状を有する、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１７】
実施形態２５
各テーパー状反射器の上面が外端を有し、隣接するテーパー状反射器の外端がお互いにすぐ隣接して存在する、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１８】
実施形態２６
前記テーパー状反射器の上面が、前記カプセル化層の下面に接する、実施形態２５記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１１９】
実施形態２７
前記ディスプレイが２０％以上の光取り出し効率を有する、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１２０】
実施形態２８
各テーパー状反射器の少なくとも１つの側面が、１と１．２の間の範囲にある屈折率ｎＳを有するスペース内の媒体とインターフェースするように、前記テーパー状反射器アレイが、テーパー状反射器の隣なりの側面との間のスペースを画定する、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１２１】
実施形態２９
前記テーパー状反射器の屈折率ｎＰが１．６から１．８の範囲にある、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【０１２２】
実施形態３０
前記ＯＬＥＤの上面が第１のサイズを有し、前記テーパー状反射器の前記底面が該第１のサイズと少なくとも同じ大きさである第２のサイズを有する、実施形態２０記載のＯＬＥＤディスプレイ。
【符号の説明】
【０１２３】
１０    ＯＬＥＤディスプレイ
２０    基板
２２    基板の上面
３０    ＯＬＥＤディスプレイのアレイ
３２    ＯＬＥＤ
３２Ｒ    赤色発光
３２Ｂ    青色発光
３２Ｇ    緑色発光
３３ＥＬ    上部電極層、下部電極層
３３ＥＸ    発光層
３４    ＯＬＥＤの上面
３６    ＯＬＥＤの側面
３７、３７Ａ、３７Ｂ    光線    ５０    テーパー状反射器のアレイ
５１    テーパー状反射器の本体
５２    テーパー状反射器
５４    テーパー状反射器の上面
５４Ｅ  テーパー状反射器の外端
５６    テーパー状反射器の側面
５６Ｒ    反射コーティング
５８    テーパー状反射器の底面
５８Ｅ    テーパー状反射器の底面の外端
５９    エスケープコーン
５９Ｌ    エスケープコーン線
６０    発光装置
６４    光取り出し装置
７０    屈折率整合材
１００    カプセル化層
１０４    カプセル化層の上面
１０８    カプセル化層の下面
１２０    外部環境
１３０    閉鎖スペース
１４０    マイクロレンズ
１５０    レンズ素子
２００    一般化された電子機器
２１０    制御電子機器
２１２    メモリ
２１４    プロセッサ
２１６    チップセット
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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